南极钻机的耐温材料和保温方式的优选

为了满足南极科学钻探的需求,获取南极内陆深冰层下的基岩样本,需要从耐温和保温两方面提升南极钻机抵御极寒气候的能力。为了应对运输过程以及工作过程中裸露件面临的低温挑战,需要对钻机传动轴、密封材料、钻井液进行耐低温材料的选择,而钻机主体在工作过程中应处于一定保温载体和保温材料的整体保温加热环境中。本文对南极钻机的耐温材料和保温方式进行了综述和优选,认为应尽快设计建立低温地质钻机的系统保温方案和评价体系,丁腈橡胶是一种适用于南极钻机的低温密封材料,丁酸乙酯和丙酸丙酯等小分子酯是南极内陆钻探潜在的钻井液,以保温集装箱为主体多种加热方式共同作用为保温加热形式。对保证钻机能够在南极内陆的恶劣工况下保持正常稳定的工作具有一定意义。

极地钻探装备动密封失效分析及改进措施研究综述

南极地区资源的开发和利用是世界能源可持续发展中的重大课题之一。在极地钻探装备研究中,密封技术是决定钻探装备能否安全、高效、经济运行的关键性技术。在此背景下,本文分析了极地钻探装备密封现存的问题,根据密封材料和密封技术的新发展,综合考虑到密封结构、材料的力学性能和极地低温钻井工况,指出了极地钻探装备密封目前常见的失效形式,并综述了已有改进方案,系统归纳了国内外现有极地装备类型及其技术特点,剖析了国内外之间存在的技术差距。

极地地质钻探冰孔液压致裂分析

极地地质钻探是获取地层样品、研究极地地质和气候演变等的重要手段。钻遇脆冰层、暖冰层和冰岩夹层等复杂冰层时,易出现孔壁失稳问题,尤其是冰孔液压致裂,造成钻井液流失和钻孔事故。针对冰孔裂缝萌生和扩展问题,基于近场动力学方法(PD),建立了冰孔裂缝模型,实现了对冰孔周边连续和非连续空间的统一描述,避免了经典连续介质力学微分方程在裂缝尖端的奇异性,分析了裂缝动态扩展过程,探究了液压和断裂韧度的影响机制。实例研究表明,孔内液柱压力促进裂缝萌生和扩展,液压从4.0 MPa增加到6.0 MPa和8.0 MPa,冰孔裂缝萌生和分支数量显著增加,裂缝体积占比从4.88%增加到9.61%和12.54%。断裂韧度阻碍冰孔裂缝扩展,从155 kPa·m0.5加到165 kPa·m0.5和175 kPa·m0.5,裂缝体积占比从13.72%降低到12.13%和9.61%。基于近场动力学的冰孔液压致裂分析表明,钻遇韧脆转换冰层时,应及时调整钻井液密度和液柱高度,控制孔内液压,保证安全高效钻进。

科钻一井取心钻进技术研究

根据科学钻探对岩心的特殊要求,认为金刚石取心钻头是科学深钻取心钻进较理想的选择。推导了提钻取心和绳索取心两种钻进方法的时间和成本计算公式,进而建立了临界井深计算模型。以设计井深5000 m的科钻一井为例,对提钻取心和绳索取心进行了技术经济分析,认为科钻一井的首选为绳索取心钻进方法,但如能将回次长度提高到9 m左右,提钻取心钻进方法也不失为一种经济实用的选择。对科钻一井采用的井底马达驱动金刚石钻头冲击回转取心钻进方法的钻具组合、钻进参数和使用效果进行了详细介绍。

冲击回转碎岩机理探讨

地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理。在冲击回转的联合作用下,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑;使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂。在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹。回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大,并使钻头上的金刚石颗粒换位。在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的。

科学钻探泥浆性能要求与分析

论述了科学钻探对泥浆的要求 ,介绍了德国KTB项目中所使用的泥浆性能 ,分析了中国大陆科学钻探工程将会遇到的泥浆问题 ,并介绍了研究的

中国白垩纪大陆科学钻探工程：松科一井科学钻探工程的实施与初步进展

获取全球环境与气候变化记录是世界科学钻探发展的必然趋势。白垩纪作为地质历史时期"温室气候"的典型范例时期,提供了温室气候条件下地球气候系统运作和变化的良好档案。但是目前国际上针对白垩纪地层的科学钻探主要限于海相地层,对陆相白垩系的科学钻探尚属空白。在我国松辽盆地北部新近完成的中国白垩纪大陆科学钻探工程——松科1井项目有望在此方面取得重要的突破。该项目经过一年多的努力,钻探工程已经全部结束,总计获取岩心长2485.89m,收获率达96.46%,是目前为止所获取的国际上第一条最长而且连续的白垩系陆相沉积记录。针对岩心的全面研究工作正在开展并已取得初步成果。相关研究工作进展突出表现在通过厘米级样品的取样与分析,将传统地质学百万年的时间分辨率提高到万年尺度,预计其研究结果可为解决当今的全球变暖问题提供重要的参照。利用松科1井科学钻探工程的原始科学资料和研究成果,对岩心已经和在建的包括岩石地层、古生物、沉积相、古地磁、有机地化、旋回地层、地微生物等十大剖面系列,进行科学钻探成果的集成。初步研究在沉积学和有机地球化学、旋回地层学、松辽古湖泊温度变化、地微生物和古大气中CO2浓度定量重建方面已取得重要进展。"松科1井"全部岩心剖切后,38%将馆藏保存,其余将用于现阶段研究,并向全世界科学家开放。后续工程"松科2井"也已经被列入国际大陆钻探计划(ICDP)候选项目。

松科1井南孔白垩系青山口组二、三段沉积序列精细描述:岩石地层、沉积相与旋回地层

中国白垩纪大陆科学钻探松科1井南孔连续取青山口组二、三段岩心长415.61m,岩心收获率为100%。青二、三段沉积时期应与康尼亚克阶对应。通过对松科1井南孔青二、三段岩心的精细描述,揭示其岩性-岩相-旋回的沉积序列及其过程。青二、三段识别出12种岩石类型。相类型为深湖亚相的白云岩沉积、泥灰岩沉积、灰岩沉积、油页岩沉积、半深湖浊流沉积、火山灰沉积、震积岩、半深湖静水泥沉积和浅湖亚相的浅湖静水泥质沉积、浅湖浊流沉积,共2种亚相10种微相。青二、三段中可识别的米级旋回(六级旋回)有6种类型,可划分出422个米级旋回,这些米级旋回叠加成130个五级旋回、21个四级旋回和1个三级旋回。对青二、三段暗色泥岩、震积岩、白云岩、火山灰等特殊事件层的精细刻画对于松辽盆地烃源岩和湖相事件沉积研究具有重要意义。

松辽盆地松科1井上白垩统嫩江组三～五段沉积序列厘米级精细刻画:岩性·岩相·旋回

中国白垩纪大陆科学钻探松科1井连续取嫩江组三～五段岩心长532.07m,岩心收获率为94.8%,是迄今获取的最连续完整的沉积记录。文章对此进行了厘米级沉积地质描述(分层厚度2～5cm)。嫩三～五段沉积时期与坎潘阶中期对应。通过对松科1井嫩三～五段岩心的精细描述,揭示其岩性-岩相-旋回的沉积序列及其过程。嫩三～五段识别出9种岩石类型,发育曲流河、湖泊和三角洲3种沉积相,河道、堤岸、河漫、三角洲前缘和浅湖5种沉积亚相以及河床滞留、点砂坝、天然堤、决口扇、决口水道、河漫滩、河漫湖、河口砂坝、水下分流河道、水下天然堤、分流间湾、远砂坝、浅湖静水泥、临滨砂坝、浊流15种沉积微相。在岩相序列上共识别出9种共417个米级旋回(六级旋回),94个五级旋回,26个四级旋回,3个三级旋回。连续的组段厘米级刻画为高精度沉积过程研究提供了可能,嫩江组五段厘米级刻画识别出的陆相红层为全球白垩纪富氧事件研究提供了可能的立典剖面,嫩江组三、四段的厘米级刻画为松辽盆地黑帝庙油层的研究与开发提供了不可替代的精准地质资料。

气举反循环防漏钻井施工参数适应性分析

随着西南页岩气开发力度逐渐加大,浅表裂缝性地层漏失问题日益突出,为此尝试引进气举反循环钻井技术。该技术具有井底压力小、上返流速高、携岩效果好等优点,在水井、地热井、煤层气井以及大口径工程桩施工等领域表现出良好的防漏效果。为从理论上探讨气举反循环防漏钻井施工参数的适应性,建立了反循环气液固三相流动模型,初步分析了ф444.5 mm和ф311.2 mm两种井眼条件下双壁钻杆的类型和下深比、空气压缩机风量等施工参数对机械钻速的影响,从施工参数角度验证了该技术在石油钻井领域的适应性。该研究为气举反循环技术在石油钻井领域的应用推广提供了理论依据。

川东北YB地区陆相地层超压特征及压力预测

川东北YB地区存在多套压力系统,上三叠统—侏罗系陆相地层普遍发育超压及强超压。根据钻杆测试和测井资料,分析了YB地区现今压力特征和3口典型井泥岩超压段的测井响应特征,结果表明,YB地区陆相地层上三叠统—侏罗系压力系数分布在1.3～2.2之间,该区普遍发育超压至强超压,超压的顶界面约在3 600～4 000 m左右;超压段泥岩测井响应特征显示,声波时差和泥岩密度变化相对较小,泥岩电阻率变化较大,这可能与超压段古埋深与现今埋深差别较大、地层含气饱和度较高有关。采用Eaton公式利用泥岩声波时差换算出的地层压力与实测结果接近。研究认为,利用实测压力校正泥岩声波测井的压力预测模型,有可能取得更好的预测效果。

旋转导向工具的径向补偿组合动密封设计

针对导向钻井工具中导向工具下端在正常钻进和导向钻进2种工作状态下的动密封要求,通过分析工作环境和性能要求,设计一种导向钻井工具的组合密封装置。该组合密封由波纹管、机械密封和螺旋密封等组成,达到井下工具动密封的径向补偿、高温、高压、耐腐蚀等设计要求,提高井下密封的可靠性和使用寿命,为井下恶劣环境下的动密封设计提供一种新的设计方法。

膨胀套管技术与膨胀成型仿真分析

膨胀套管护壁技术首先应用于石油钻采领域,在我国地质岩心钻探行业还是空白。该技术的应用可简化钻孔结构,降低钻探成本,堵漏和防塌效果明显,对于孔内事故的预防也有较好的效果。膨胀套管研究成果对我国的科学钻探、定向钻探及非开挖等也有非常重要的应用价值和指导意义,其中膨胀机理研究和膨胀成型仿真分析是该研究的重要组成部分。本文对膨胀套管技术发展状况、工作原理和工作流程做了简单介绍,说明了该技术应用于地质钻探护壁堵漏的可行性。并阐述了实心反拉膨胀方式成型仿真及加载求解体系的建立过程,通过计算机的仿真模拟,可大大地减化人工计算的难度,为膨胀机理的研究打下坚实的基础。

国内外旋转导向钻井系统导向原理

旋转导向钻井技术是目前世界上最具代表性和先进性的钻井技术,该技术的核心是旋转自动导向系统。总结了国内外旋转导向钻井系统的发展概况,对各系统的导向机构工作原理进行了对比分析,并就旋转导向钻井系统未来的发展和完善提出了看法。

井壁修整器在塔河油田TK1286井的应用

新疆塔河油田起钻过程中经常出现起钻困难的情况,需要短起下拉井壁,花费大量时间,因此应尽量减少短起下钻次数,以有效提高钻井效率,缩短钻井周期。在分析塔河油田地层缩径原因的基础上,文中介绍了井壁修整器的结构、原理、钻具结合及其在TK1286井的应用情况。现场应用表明,井壁修整器变以往被动的短起下拉井壁的工艺技术为主动刮削井壁,较好地解决了起下钻容易遇阻的难题。它可以较好地刮削因钻井液性能和地层等因素在井壁上产生的多余泥饼和吸水膨胀导致井径缩小的部分塑变岩石,减少短起下拉井壁等工艺过程,提高钻井时效,有利于钻头起下和电测施工的顺利进行。

膨胀套管护壁技术研究现状及其工作原理

膨胀套管护壁技术应用于地质钻探是一门全新的研究,对膨胀套管技术国内外研究现状和膨胀套管类型进行了介绍;确定了膨胀套管材质和膨胀器外型的选择原则;分析膨胀套管的膨胀机理;制定出膨胀套管护壁技术在施工过程中的流程。分析表明,膨胀套管护壁技术是完全可用于我国地质岩心钻探,通过推广应用,可大大丰富我国地质钻探护壁技术的手段。

基于大学课堂教学特点的教学督导评教机制

本科课堂教学质量是大学教育的重中之重,教学督导评教机制是提高本科教学质量的有效举措。基于中国地质大学(北京)课堂教学的具体情况和听课反馈,学院督导组提出了本科课堂教学"三个不同、三个层次和三个核心"的特征,构建了科学的教学督导评教机制,从组织架构、管理流程、督导模式、评教方法等几个方面实施,充分考虑教师发展的阶段性特点,明确大学课堂的内涵和标准,突出学生的主体地位,强调了大学课堂教育创新、质疑和育人的本质,为客观、科学、全面地"督教、评教、导教"工作提供了思路和方法。

膨胀管技术在地质勘探领域应用初探

膨胀管技术可应用于钻井、完井及修井等作业过程,被认为是当前石油钻井行业的核心技术之一。结合生产实际情况,在介绍膨胀管技术和地质勘探应用该技术的基本要求的基础上,着重分析了地质勘探领域应用该技术的关键问题及其可行性,探讨性地提出膨胀管技术将在地质勘探领域得到推广应用。

定向取心技术在松科1井中的应用

介绍了DX101型岩心定向取心钻具的工作原理和性能特点,并就其在松科1井中的现场应用及效果作了总结与分析。